Sustainable routes for sustainable products: advanced materials from lignin and starch

Bio-lijm en coatings op basis van lignine en zetmeel

Op zoek naar alternatieven voor fossiele brandstoffen lijken lignocellulosebiomassa en zetmeel veelbelovende natuurlijke grondstoffen te zijn. Lignine, een van de belangrijkste componenten van lignocellulose, heeft potentieel om het giftige bisfenol A in epoxyharsen te vervangen. De complexe structuur van lignine zorgt echter voor extractieproblemen, wat meestal resulteert in een laagwaardig gebruik van lignine als brandstof in traditionele bioraffinaderijen. 

Deep Eutectic Solvents (DES), een nieuwe klasse oplosmiddelen met uitstekende eigenschappen, kunnen de efficiëntie van ligninewinning uit lignocellulosebiomassa verhogen, waardoor een effectieve valorisatie van dit natuurlijke polymeer in de productie van bio-gebaseerde epoxyharsen mogelijk wordt. In het eerste deel van zijn proefschrift onderzoekt Mattia Lenti het gebruik van DES voor de extractie van oligomeer lignine in hoge opbrengst als uitgangsmateriaal voor de productie van groene epoxyharslijmen. Hij heeft deze materialen vervolgens getest voor het lijmen van houtmonsters en onthulde uitstekende mechanische eigenschappen, vergelijkbaar met commercieel verkrijgbare lijmen op fossiele basis.

Zetmeel is een ander natuurlijk, biologisch afbreekbaar polymeer met groot potentieel voor de synthese van geavanceerde materialen, maar de slechte oorspronkelijke eigenschappen vereisen aanpassing voor de meeste toepassingen. Met name de lage hydrofobiciteit van zetmeel beperkt het gebruik ervan in veel gebieden. In de tweede helft van dit proefschrift onderzoekt Lenti het gebruik van superkritisch CO2 voor de chemische modificatie van aardappelzetmeel om de hydrofobiciteit te vergroten via een duurzaam en schaalbaar proces met verschillende, onschadelijke verbindingen. De verbeteringen in de eigenschappen van zetmeel, samen met de hoge biologische afbreekbaarheid, maken gehydrofobiseerd zetmeel tot een veelbelovende kandidaat voor verschillende industriële toepassingen, waaronder coatings, lijmen en verpakkingen, waar het traditionele producten verkregen uit niet-hernieuwbare grondstoffen zou kunnen vervangen.

Dit onderzoek benadrukt de haalbaarheid van duurzame biopolymeerproductie en de milieuvoordelen en potentiële industriële toepassingen van geavanceerde lignine- en zetmeelgebaseerde materialen.

Mattia Lenti voerde zijn onderzoek uit bij het Engineering and Technology institute Groningen (ENTEG), afdeling Producttechnologie, met financiering van NWO en SSN. Hij vervolgt zijn loopbaan als researcher bij LMPE.